多向不规则波在平底水深中的传播实例分析

在斜向不规则波的实验基础上，本次实验针对水深较深的多向不规则波进行验证，波浪水池的复合模型除波向以外与上述的模型条件完全相同，复合模型的示意图见图6.18。本例中，波浪传播的主方向选取为α=30°，与主方向偏离的最大角度选取为30°，方向分布的表达式为cos4（α-30°）。选取与6.3.1完全相同的条件进行数值模拟及物理模型控制信号的计算，整个模型模拟时长为10min。图6.25（a）给出了数值模拟计算结果中提取出的t=190s时刻波面高程η随x和y变化的等值线分布图，图6.25（b）则给出了造波板平均位移x0=65.6m处波面高程η随t和y变化的等值线分布。色散修正后造波板运动位移X（y，t）的等值线分布如图6.26所示，修正前后Xsw（y，t）和X（y，t）的比较通过y=16m处的时间序列以及t=190s时刻剖面之间的比较来呈现，见图6.27。与斜向不规则波的实例相同，本例中色散修正影响效果显著。

图6.25　数值计算结果中提取出的波面高程等值线分布

对于双信号模式的控制信号ηI，0（y，t），图6.28给出了（y，t）、η（x0，y，t）以及衰减模态（y，t）之间的比较，同样通过y=16m处的时间序列以及t=190s时刻波面高程剖面的比较呈现。本例中，（y，t）和η（x0，y，t）两者较好地吻合反映了波浪的线性特性，同时衰减模态修正的效果比较显著，不能被忽略。

图6.26　造波板运动位移X（y，t）等值线分布图

图6.27　色散修正前后Xsw（y，t）和X（y，t）的比较

图6.28　（y，t）、η（x0，y，t）和（y，t）之间的比较

采用双信号模式和定位模式分别进行物理模型实验，物理模型实验的设置包括四个测点的位置与图6.10的示意图相同。图6.29给出了t=44s时刻物理波浪水池内波场的实景图与相同时刻数值模拟计算结果中提取的物理模型区域内波面高程形态之间的对比。数学模型结果的图片中，左边界与物理模型的造波机相重合，两幅图片的波面高程形态在绝大部分区域内相当吻合。只是在物理模型实景图片的右上角区域水面比较平静，与数值模拟计算结果存在一定差别，主要原因是由于物理波浪水池中导水墙边界造成。(www.xing528.com)

图6.30给出了两种控制模式下Gauge1处测量的波面高程时间序列与数值计算结果（BW）的比较，总体上两者吻合较好，双信号模式得到的波高比定位模式的波高略大。图6.31给出了采用双信号模式进行试验的另外三个测点处测量结果与数值计算结果（BW）之间的比较。双信号模式时，测量结果与数值计算结果在整个模拟时长内Gauge1～Gauge4的最大相关系数分别为0.887、0.887、0.893和0.885；采用定位模式时对应的最大相关系数分别为0.911、0.900、0.914和0.906。双信号模式的最大相关系数略小于定位模式。

图6.29　t=44s时刻物理波浪水池与数值波浪水池的比较

图6.30　（一） Gauge1处波面高程测量值与数值计算结果的比较

图6.30　（二） Gauge1处波面高程测量值与数值计算结果的比较

图6.31　（一） 采用双信号模式Gauge2～Gauge4的波面高程测量值与数值计算结果的比较

图6.31　（二） 采用双信号模式Gauge2～Gauge4的波面高程测量值与数值计算结果的比较